高精度线粒体DNA胞嘧啶碱基编辑器的计算设计

《Nature Structural & Molecular Biology》：Computational design of a high-precision mitochondrial DNA cytosine base editor

精准碱基编辑技术通过蛋白结构设计增强特异性，TOD模块实现DNA结合与脱氨酶的刚性连接，DdCBE-TOD分体式结构进一步消除非靶向编辑，成功构建线粒体疾病小鼠模型并纠正MERRF综合征致病突变，提供超精准碱基编辑新方案。

摘要

旁观者编辑（bystander editing）仍然是当前碱基编辑工具的主要局限性，这限制了它们的精确度和治疗潜力。在这里，我们提出了一种全新的蛋白质设计策略，该策略在DNA结合的TALE结构域和胞嘧啶脱氨酶之间创建了一个结构上刚性的接口，从而形成了一个名为“TALE导向脱氨酶”（TALE-oriented deaminase，简称TOD）的统一编辑模块。对TOD-DNA复合物的冷冻电镜（cryo-EM）分析证实，这种精确的空间结构严格限制了脱氨酶的活性范围，从而最大限度地减少了不必要的脱氨反应。为了进一步提高编辑的特异性，我们开发了一种分体版本，即DdCBE-TOD，该版本几乎消除了脱靶编辑现象。作为概念验证，我们使用DdCBE-TOD生成了一个线粒体疾病的小鼠模型，并纠正了患者来源细胞中与MERRF综合征相关的致病突变，实现了单核苷酸级别的精确编辑。这项工作介绍了一种通用且基于计算的方法，用于实现超精确的碱基编辑，为单核苷酸突变的机制研究和治疗性纠正提供了一个有前景的平台。